JP2013529388A - 流体分離構造を伴う密閉チャンバ - Google Patents

Abstract

【解決手段】密閉プロセスチャンバ内からの過剰なプロセス流体の選択的な再生は、磁気駆動式のリングチャックと、少なくとも１つのプロセス流体コレクタとを、互いに相対的に垂直移動可能な形で密閉プロセスチャンバ内に提供することによって達成される。
【選択図】図１ａ

Description

本発明は、総じて、密閉プロセスチャンバ内から１種又は２種以上の処理流体を再生可能である半導体ウエハなどのウエハ状物品の表面を処理するための装置に関するものである。

半導体ウエハは、エッチング、洗浄、研磨、及び材料蒸着などの各種の表面処理プロセスを経る。このようなプロセスに適応するためには、例えば米国特許第４，９０３，７１７号及び第５，５１３，６６８号に記載されるように、回転式のキャリアに関係付けられたチャックによって、１つ又は２つ以上の処理流体ノズルに関連付けて１枚のウエハを支持することができる。

或いは、例えば国際公開第ＷＯ２００７／１０１７６４号及び米国特許第６，４８５，５３１号に記載されるように、ウエハを支持するように適応されたリングロータの形態をとるチャックを密閉プロセスチャンバ内に配置し、物理的接触を伴わずに能動型磁気軸受けを通じて駆動することができる。遠心作用ゆえに回転ウエハの縁から外向きに駆り立てられる処理流体は、廃棄のための共通のドレンに送られる。

本発明者らは、上述されたタイプのチャックにおいて、各種の処理流体を密閉プロセスチャンバ内から有利に別々に再生してリサイクル又は再利用可能であることを発見した。

本発明にしたがうと、半導体ウエハなどのウエハ状物品を密閉プロセスチャンバ内において保持するための装置は、２つ又は３つ以上の個別の流体コレクタを備えており、これらのウエハサポート及び流体コレクタは、ウエハ表面から放射されるプロセス流体を所定の流体出口に選択的に方向付けられるように、密閉プロセスチャンバの外側から作動される磁気結合を通じて互いに相対的に移動可能である。

発明のその他の目的、特徴、及び利点は、添付の図面の参照と併せて与えられる発明の好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明を読むことによって、更に明らかになる。

発明の一実施形態にしたがったプロセスチャンバの側断面図であり、ウエハ装填／非装填状態で示されている。

図１ａのプロセスチャンバの断面斜視図である。

図１ａのプロセスチャンバの断面斜視図であり、第１のプロセス流体収集状態で示されている。

図１ａのプロセスチャンバの断面斜視図であり、第２のプロセス流体収集状態で示されている。

図１ａのプロセスチャンバの断面斜視図であり、代替の第２のプロセス流体収集状態で示されている。

発明の別の一実施形態にしたがったプロセスチャンバの部分断面斜視図である。

好ましい流体コレクタ形状及び駆動アセンブリの拡大断面図である。

発明の別の一実施形態にしたがったプロセスチャンバの断面斜視図である。

図２ａのプロセスチャンバの断面図である。

図２ａのプロセスチャンバの断面斜視図であり、第１のプロセス流体収集状態で示されている。

図２ａのプロセスチャンバの断面斜視図であり、第２のプロセス流体収集状態で示されている。

図１ａ及び図１ｂを参照すると、密閉プロセスチャンバは、以下で更に詳しく説明されるように、開いた上部領域を有するより大きい下方チャンバの上に据えられる、開いた底部領域を有する上方チャンバによって画定される。

上方チャンバの周囲は、円筒状のチャンバ壁（１０５）によって画定される。円筒状のチャンバ壁（１０５）は、上端を有する垂直を向いた円筒状の壁と、その下端において外向きに広がる放射状の突縁とを含む。

円筒状のチャンバ壁（１０５）の上端に、内側カバー板（１３１）が据えられ、これにより、円筒状のチャンバ壁（１０５）の内部に広がる上方チャンバの密閉上面が提供される。該円筒状の内側板（１３１）は、また、円筒状のチャンバ壁（１０５）の上端から半径方向外向きにも広がる。したがって、密閉プロセスチャンバの上方チャンバは、内側カバー板（１３１）下方に且つ円筒状のチャンバ壁（１０５）内に形成される内部領域を含む。

密閉プロセスチャンバの下方チャンバは、上方チャンバよりも大きく、底板（１３６）によって下方から形成される。フレーム（１３８）は、垂直壁を含み、これらの垂直壁は、垂直に伸びる下方チャンバ側壁が形成されるように、底板（１３６）の外周付近と継ぎ合わされる。フレーム（１３８）の一方の壁には、ウエハ装填／非装填アクセスドア（１３４）が提供され、フレーム（１３８）のもう一方の壁には、メインテナンスアクセスドアが提供される。

底板（１３６）の反対側では、フレーム（１３８）は、下方チャンバの環状の上側表面が形成されるように、内向きに広がる環状カバー板（１３２）と継ぎ合わされる。したがって、密閉プロセスチャンバの下方チャンバは、底板（１３６）上方に、且つフレーム（１３８）内に、且つ環状カバー板（１３２）下方に形成される内部領域を含む。

環状カバー板（１３２）は、上方チャンバと下方チャンバとが継ぎ合わされて密閉プロセスチャンバが形成されるように、その内周縁を、円筒状のチャンバ壁（１２５）の下端における水平方向に広がる突縁に当接される。

上方チャンバ内には、リングチャック（１０２）が位置付けられる。リングチャック（１０２）は、ウエハ（Ｗ）を回転式に支持するように適応される。好ましくは、リングチャック（１０２）は、ウエハの周縁への接触及びウエハの周縁の解放を選択的に行うための偏心移動可能な複数の把持部材を有する回転式の駆動リングを含む。

図１ａ及び図１ｂに示された実施形態では、リングチャック（１０２）は、円筒状のチャンバ壁（１０５）の内表面に隣接して提供されるリングロータ（１０３）を含む。リングロータと反対側では、円筒状のチャンバ壁（１０５）の外表面に隣接してステータ（１０４）が提供される。ロータ（１０３）及びステータ（１０４）は、能動型磁気軸受けを通じてリングロータを回転させる（及びそうして被支持ウエハを回転させる）ことができるモータとして機能する。例えば、ステータ（１０４）は、ロータ（１０３）上に提供された対応する永久磁石を通じてリングチャック（１０２）を回転式に駆動するように能動式に制御することができる複数の電磁コイル又は電磁巻き線を含むことができる。リングチャック（１０２）のアキシャル・ラジアル軸受けは、ステータの能動式制御によっても又は永久磁石によっても達成することができる。したがって、リングチャック（１０２）は、機械的接触を伴わずに浮揚させる及び回転式に駆動することができる。或いは、ロータは、能動型軸受けによって保持することができ、ここでは、チャンバの外側の外側ロータ上に円周方向に配置された対応する高温超電導磁石（ＨＴＳ磁石）によって、ロータの磁石が保持される。この代替の実施形態では、リングロータの各磁石は、外側ロータ上の対応するＨＴＳ磁石に留め付けられる。したがって、内側ロータは、物理的に接続されることなく外側ロータと同じ動きをすることができる。

内側カバー板（１３１）には、媒体入口（１１０）が穿孔されている。同様に、底板（１３６）には、媒体入口（１０９）が穿孔されている。ウエハの処理中、処理流体は、エッチング、洗浄、すすぎ、及び処理を経ているウエハに対するその他の任意の所望の表面処理などの各種のプロセスを実施するために、媒体入口（１０９）及び／又は（１１０）を通じて回転ウエハに方向付けることができる。

リングチャック（１０２）は、リングチャック（１０２）の回転軸から半径方向外向きに方向付けられた下向きの角度にされた後縁（１２２）を含む。したがって、スピンしているウエハによって形成される遠心作用は、媒体入口（１０９）又は（１１０）を通じて投入された過剰なプロセス流体を、リングチャック（１０２）の傾斜表面に対して駆り立てて、後縁（１２２）から下向き且つ外向きの方向に方向付ける。

密閉プロセスチャンバの下方チャンバ内には、垂直移動可能な１つ又は２つ以上の跳ねよけ（１１１、１１５）が提供される。図１ｂでは、円形の２つの跳ねよけが示されているが、任意の所望の数の跳ねよけが提供可能であること、及び任意の所望の数の跳ねよけが本開示において考えられることがわかり、実際の跳ねよけの数は、一部には、別々に収集されることを意図された異なるプロセス流体の数に依存する。

外側の跳ねよけ（１１１）は、内側の跳ねよけ（１１５）と同心円状に位置決めされる。したがって、内側の跳ねよけ（１１５）は、その内部に内側のプロセス流体コレクタを画定する。外側のプロセス流体コレクタは、内側の跳ねよけ（１１５）の外表面と外側の跳ねよけ（１１１）の内表面との間に形成される環状領域によって画定される。

このような各流体コレクタに関係付けて、収集されたプロセス媒体をそれぞれの流体コレクタから密閉プロセスチャンバの外側に送り出すためのドレンが提供される。図１ｂに示されるように、ドレン（１１７）が、基部板（１３６）を貫通して内側の流体コレクタに対して開かれている一方で、ドレン（１０８）は、基部板（１３６）を貫通して外側の流体コレクタに対して開かれている。好ましくは、基部板（１３６）は、内側又は外側の流体コレクタによって収集された流体が基部板（１３６）に沿って流れてドレン（１１７）及び（１１８）に向かうように、ドレン（１０８）及び（１１７）の各々に向かって水平面と比べて傾いている。

図１ａに示されるように、空気並びに／又はその他のガス及びフュームの流れを促すために、密閉プロセスチャンバに通じる排気口（１０６）も提供される。

各跳ねよけは、独立して垂直方向に移動可能である。したがって、各跳ねよけは、リングチャックの後縁（１２２）から放射される過剰なプロセス流体が或る選択された流体コレクタに向かって方向付けられるように、リングチャック（１０２）に相対的に、及びその他の跳ねよけに相対的に、選択的に上昇及び／又は下降させることができる。

図１ｃでは、外側の跳ねよけ（１１１）は、リングチャック（１０２）の後縁（１２２）から放射される過剰なプロセス流体が外側の跳ねよけ（１１１）の内表面にぶつかって外側の流体コレクタ内へ方向付けられるように、内側の跳ねよけ（１１５）に相対的に上昇した状態で描かれている。したがって、処理を経ているウエハの表面からの過剰な流体は、ドレン（１０８）を通じて選択的に再生する及び随意としてリサイクル又は再利用することができる。

好ましくは、図１ｃに示されるように、内向きの上方へりが環状カバー板（１３２）に当接されるように、外側の跳ねよけを或る距離だけ上昇させることができる。この位置では、流体コレクタよりも外側の密閉プロセスチャンバ領域が、収集されているプロセス流体に由来する攻撃性のすなわち腐食性のガスに曝されにくくなる。

図１ｅでは、リングチャック（１０２）の後縁（１２２）から放射される過剰なプロセス流体が内側の跳ねよけ（１１５）の内表面にぶつかって内側の流体コレクタ内へ方向付けられるように、内側の跳ねよけ（１１５）が上昇した状態で描かれている。したがって、処理を経ているウエハの表面からの過剰な流体は、ドレン（１１７）を通じて選択的に再生する及び随意としてリサイクル又は再利用することができる。

好ましくは、図１ｅに示されるように、内向きの上方へりがリングチャック（１０２）の後縁（１２２）に当接されるように、内側の跳ねよけを或る距離だけ上昇させることができる。この位置では、流体コレクタよりも外側の密閉プロセスチャンバ領域が、収集されているプロセス流体に由来する攻撃性のすなわち苛性のフュームに曝されにくくなる。更に、内側の流体コレクタにおける過剰なプロセス流体の収集を促すために内側の跳ねよけが上昇されているときは、任意の攻撃性のすなわち苛性のフューム又は流体からの流体コレクタ外側の密閉プロセスチャンバ領域の保護が強化されうるように、外側の跳ねよけも上昇させてよいことがわかる。

したがって、１つ又は２つ以上の跳ねよけの選択的な垂直移動によって、異なるプロセス流体を異なるときに密閉プロセスチャンバから分離して別々に再生することができる。したがって、例えば、酸、塩基、及び酸化液などのプロセス化学物質は、エッチング、洗浄、又はすすぎのための液体及び気体などのその他のプロセス流体による不要な希釈を伴うことなく別々に各々再生することができる。

尚も図１ａ〜１ｅを参照すると、各跳ねよけの選択的で且つ独立した移動を促すために、密閉プロセスチャンバの外側に、１つ又は２つ以上のアクチュエータが提供されている。例えば、図１ａでは、外側の跳ねよけ（１１１）に、アクチュエータ（１１３）が動作可能に関係付けられており、内側の跳ねよけ（１１５）には、別アクチュエータ（１１６）が動作可能に関係付けられている。各跳ねよけに対し、３つのアクチュエータが提供されることが好ましいが、使用されるアクチュエータの数は、一部には、関係付けられている跳ねよけの幾何学的形状に依存する。

アクチュエータ（１１３、１１６）は、跳ねよけ（１１１、１１６）によって運ばれる永久磁石に対応する永久磁石を提供されている。したがって、各跳ねよけの選択的な垂直移動は、相対する永久磁石のセットによって形成される磁気結合を通じてアクチュエータによって提供することができる。

図１ｆ及び図１ｇでは、跳ねよけの変更形態（１１５ａ及び１１１ａ）が示されている。この実施形態では、外側の跳ねよけ（１１１ａ）は、内側の跳ねよけ（１１５ａ）が上昇されたときに内側の跳ねよけ（１１５ａ）の上縁に重なって係合する内向きに広がる上側表面を含む。したがって、内側の流体コレクタが使用されているときに、内側の跳ねよけ（１１５ａ）によって外側の流体コレクタを実質的に密閉することができる。

図１ｆ及び図１ｇは、また、密閉プロセスチャンバ内の各跳ねよけのためのアクチュエータの一実施形態の更なる詳細も示している。この実施形態では、内側の跳ねよけ（１１５ａ）に関連し、ピストン（１１６０）が、例えば玉軸受け又は空気圧持ち上げシリンダでありうる持ち上げメカニズム（１１６ａ）によって選択的に駆動される。ピストン（１１６０）は、密閉プロセスチャンバの底板の開口を貫通している。密閉プロセスチャンバ内において、ピストン（１１６０）は、円筒状のカバー（１１６２）によって覆われ、該円筒状のカバー（１１６２）は、底板から遠い方の端を円筒状のキャップによって密閉されるとともに、底板に近い方の端を密閉プロセスチャンバの内表面に対して密閉されている。

ピストン（１１６０）には、内側磁石（１１６４）が取り付けられ、跳ねよけ（１１５ａ）に取り付けられた外側のリング状磁石（１１６６）に動作式に関係付けられて位置付けられる。内側磁石（１１６４）及び外側リング状磁石（１１６６）は、互いに対応しているので、持ち上げメカニズム（１１６ａ）によってピストン（１１６０）が上昇又は下降されたときに、跳ねよけ（１１５ａ）は、対応する形で上昇又は下降される。

図２ａ〜２ｄには、発明の別の一実施形態が描かれており、ここでは、垂直移動可能な跳ねよけの機能が、リングチャックの選択的な垂直移動のためのメカニズムで置き換えられている。

この実施形態では、密閉プロセスチャンバは、上方板（２３１）、下方板（２３４）、及び相対する上方板（２３１）の表面と下方板（２３４）の表面との間で垂直に伸びる円筒状のチャンバ壁（２１５）とによって囲まれた内部領域によって画定される。

円筒状のチャンバ壁（２１５）の内部に、偏心移動可能な複数のピン（２２３）を通じてウエハ（Ｗ）を支持するように適応された磁気結合・駆動式のリングチャック（２０２）が位置付けられる。リングチャック（２０２）に関係付けられたロータ（２０３）は、円筒状のチャンバ壁（２１５）の内表面に隣接して位置付けられ、円筒状のチャンバ壁（２１５）の外表面に隣接して位置付けられた対応するステータ（２０４）に動作式に関係付けられている。ステータ（２０４）は、キャリア板（２３７）によって運ばれる。

密閉プロセスチャンバ内において、下方板（２３４）の内表面上にチャンバ底部（２０７）が位置付けられる。チャンバ底部（２０７）は、同心環状ダクト（２０８〜２０９）として提供される複数のプロセス流体コレクタを収容しており、各環状ダクトは、そのダクトから伸びて密閉プロセスチャンバの外側に到る対応する出口（２１８〜２１９）に通じている。好ましくは、各環状ダクトは、そのなかで収集されるあらゆるプロセス流体が対応する出口に送られるように、水平と比べて傾いている。チャンバ底部（２０７）は、また、環状排気ダクト（２１０）及び対応する排気出口も収容している。

処理を経ているスピンしているウエハのいずれかの面又は両面にプロセス流体が選択的に送られるように、上方板（２３１）及び板底部（２０７）に、孔（２０５及び２１１）が提供される。

この実施形態では、ステータ（２０４）及びキャリア板（２３７）は、円筒状のチャンバ壁（２１５）に相対的に垂直移動可能であるように搭載される。したがって、ステータ（２０４）の垂直移動は、ロータ（２０３）との磁気結合を通じて、リングチャック（２０２）及び該リングチャック（２０２）によって保持されているウエハの対応する垂直移動を発生させる。ステータ（２０４）の選択的な垂直移動は、アクチュエータ（２０６）によって提供される。

リングチャック（２０２）は、リングチャック（２０２）の回転軸から半径方向外向きに方向付けられた下向き角度にされた後縁（２２２）を含む。したがって、スピンしているウエハによって形成される遠心作用は、媒体入口（２０５）又は（２１１）を通じて投入された過剰なプロセス流体を、リングチャック（２０２）の傾斜表面に対して駆り立てて、後縁（２２２）から下向き且つ外向きの方向に方向付ける。

使用の際に、ステータ（２０４）は、後縁（２２２）から放射される過剰な流体を所望の環状ダクト内へ方向付けるように選択された対応する高さにリングチャック（２０２）が位置決めされるように、円筒状のチャンバ壁（２１５）に相対的な選択された高さに位置決めされる。

異なるプロセス流体が供給されるときは、リングチャック（２０２）は、ステータ（２０４）の対応する垂直移動を通じて、後縁（２２２）から放射される過剰な流体を所望の異なる環状ダクト内へ方向付ける位置に垂直方向に移動される。

このようにして、リングチャック（２０２）は、所定のプロセス流体をウエハから或る選択された環状ダクト及び出口に方向付けて、各プロセス流体をリサイクル又は再利用のために別々に捕えることができるように、垂直方向に選択的に位置決めすることができる。

本発明は、その様々な例示の実施形態との関連で説明されてきたが、これらの実施形態は、添付の特許請求の範囲の真の範囲及び趣旨によって与えられる保護範囲を制限することの口実として使用されるべきでないことが理解される。

Claims (13)

1. ウエハ状物品を処理するための装置であって、
   密閉プロセスチャンバと、
   前記密閉プロセスチャンバ内に位置付けられたリングチャックと、
   前記密閉プロセスチャンバの底壁を通じて前記密閉プロセスチャンバの外側と流体連通している少なくとも１つのプロセス流体コレクタと、
   を備え、
   前記リングチャックは、物理的な接触を伴わずに磁気軸受けを通じて駆動されるように構成され、
   前記リングチャック及び前記少なくとも１つの流体コレクタは、互いに相対的に垂直移動可能である、装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、
   前記リングチャックは、垂直方向に固定され、前記少なくとも１つのプロセス流体コレクタは、垂直移動可能な跳ねよけを含む、装置。
3. 請求項２に記載の装置であって、
   垂直移動可能な跳ねよけをそれぞれ含む複数の流体コレクタを備える装置。
4. 請求項３に記載の装置であって、
   各垂直移動可能な跳ねよけは、前記密閉プロセスチャンバの外側から、事前に定められた垂直位置に選択的に駆動される、装置。
5. 請求項４に記載の装置であって、
   各垂直移動可能な跳ねよけは、前記リングチャックによって運ばれているスピンしているウエハから放射される事前に選択されたプロセス流体を捕えられるように、選択的に位置決め可能である、装置。
6. 請求項５に記載の装置であって、更に、
   各垂直移動可能な跳ねよけに動作式に関係付けられた垂直移動アクチュエータを備える装置。
7. 請求項６に記載の装置であって、
   前記アクチュエータは、前記垂直移動可能な跳ねよけに磁気結合を通じて動作式に関係付けられている、装置。
8. 請求項１に記載の装置であって、
   前記少なくとも１つのプロセス流体コレクタは、垂直方向に固定され、前記リングチャックは、垂直移動可能な能動型磁気軸受けを含む、装置。
9. 請求項８に記載の装置であって、
   複数の流体コレクタを備え、
   前記垂直移動可能な能動型磁気軸受けは、前記密閉プロセスチャンバの外側に位置付けられた垂直移動可能なステータを含む、装置。
10. 請求項９に記載の装置であって、
    前記垂直移動可能な能動型磁気軸受けは、前記リングチャックによって運ばれているスピンしているウエハから放射される事前に選択されたプロセス流体が事前に選択された流体コレクタに方向付けられるように、選択的に位置決め可能である、装置。
11. 請求項１０に記載の装置であって、更に、
    前記ステータに動作式に関係付けられた垂直移動アクチュエータを備える装置。
12. 請求項１１に記載の装置であって、
    前記垂直移動アクチュエータは、磁気結合を通じて前記ステータに動作式に関係付けられている、装置。
13. 請求項１に記載の装置であって、
    前記磁気軸受けは、能動型磁気軸受けである、装置。

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